III. METODOLOGI A. Tempat dan Waktu Pelaksanaan Kegiatan penelitian ini dilaksanakan selama tiga bulan terhitung dari minggu pertama April 2010 sampai minggu kedua juni 2010 di Laboratorium Teknik Pengolahan Pangan dan Hasil Pertanian (TPPHP), Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian IPB. Percobaan dan perancangan sistem kontrol dan monitoring dilakukan di rumah kaca yang terdapat di Laboratorium Lapangan Departemen Teknik Pertanian IPB.
B. Bahan dan Peralatan Bahan untuk penelitian ini adalah tanaman tomat hibrida varietas Menara, media tanam arang sekam yang sudah di sterilkan, polibag, dan unsur hara atau nutrisi AB Mix yang dikhususkan untuk pertumbuhan tanaman tomat. Tripod yang digunakan untuk membangun dudukan kamera CCD dalam sistem penangkap citra digital. Selain itu diperlukan juga sistem drip irrigation yang sudah terpasang di rumah kaca Laboratorium Lapangan Teknik Pertanian di Lewikopo. Peralatan yang digunakan adalah satu unit rumah kaca, kamera CCD, satu set komputer dengan bingkai penangkap citra (image frame grabber), dan sebuah program pengolahan citra, serta kartu interfacing rangkaian relay untuk menghubungkan sistem irigasi pompa dengan komputer pengendali.
C. Metodologi Dalam penelitian ini ada serangkaian tahapan yang dilalui sebelum dilakukan pengolahan citra untuk mengamati pertumbuhan tanaman tomat. Tahapan ini berupa kegiatan penumbuhan bibit tomat sampai tahap pindah tanam ke polibag. Dari kegiatan pra penelitian ini nantinya akan berpengaruh pada hasil penelitian, sebab pertumbuhan optimum tanaman tomat dimulai dari kualitas benih dan bibit yang bagus pula. Setelah tanaman tumbuh normal di polibag, maka dilakukan pengambilan citra secara manual dan otomatis seperti yang dijelaskan pada Gambar 1. Dari kegiatan ini dapat kita diketahui bahwa penelitian mengenai pertumbuhan dan kebutuhan nutrisi tanaman tomat menggunakan objek berupa sekelompok tanaman tomat. Tanaman-tanaman tomat diamati pertumbuhanya setiap hari dengan satu tanaman digunakan sebagai sampel contoh. Tanaman sampel contoh digunakan dalam menganalisis kebutuhan nutrisi berdasarkan respon tanaman terhadap faktor pertumbuhan, yang dalam hal ini adalah air dan nutrisi. Sampel Tanaman
Pompa Fertigasi
Via Firewire Kamera CCD
Output Program
Program Pengolah Citra Digital
Analisis
Disimpan dalam format bitmap (.bmp) dan text file (.txt) Gambar 1. Diagram fertigasi otomatis berdasarkan analisis citra digital
13
Adapun proses pra pengamatan dapat dijelaskan melalui beberapa tahapan berikut : 1. Persiapan Awal Untuk media semai yang digunakan adalah arang sekam. Setelah dikeluarkan dari karung, maka arang sekam dipindahkan ke dalam pot tray dengan diameter kurang lebih 10 cm. tahap selanjutnya adalah sterilisasi media semai. Sterilisasi media semai dilakukan dengan menggunakan uap panas dari air yang mendidih, yang dialirkan ke lemari sterilisasi atau pipa yang berlubanglubang. Setelah mencapai suhu 800C, waktu sterilisasi ditambah dua jam lagi dan biasanya agar media tanam mencapai suhu 800C dibutuhkan waktu empat jam, sehingga total waktu sterilisasi adalah enam jam. Lama waktu sterilisasi tergantung dari keadaan cuaca saat berlangsungnya kegiatan tersebut. Setelah media semai selesai disterilkan maka biarkan sampai dingin. 2. Persemaian Pelaksanaan penelitian ini dimulai dari proses persemaian benih. Benih dikembangkan di dalam sebuah tampah dan benih dipindah tanamkan kedalam polybag pada umur 19 hari. Tujuanya agar tanaman mempunyai akar yang kuat sehingga dapat menopang dirinya dengan baik saat telah berada di polybag. Wadah semai yang digunakan biasanya adalah pot-pot kecil, wadah plastik (tray), atau disebarkan di lahan dengan kontrol tertentu. Pada penelitian ini digunakan wadah khusus yaitu tampah. Wadah ini digunakan pada awal menyemai saja, setelah benih berkecambah (berumur tiga minggu) maka semaian dipindah ke wadah polibag ukuran 30 cm x 30 cm. sebelum kegiatan semai dimulai, terlebih dahulu media sekam dijenuhkan dengan menyiram air secukupnya kedalam media tanam. Jumlah benih yang disemai adalah 200 benih. Benih diambil dengan menggunakan pinset, lalu ditanam sedikit di bawah permukaan supaya kecambah muncul akan relatif mudah untuk dipindahkan. Selanjutnya tray ditutup dengan kertas agar terjaga kelembabanya. Pemeliharaan yang dilakukan sebelum benih berkecambah hanya disiram air saja, tidak ditambahkan hara karena cadangan makanan benih dianggap cukup untuk masa pertumbuhanya. Selain itu, penempatan benih di dalam rumah kaca harus terkena sinar matahari dan naungan segera dibuka setelah benih sudah berkecambah. Apabila terlambat akan menyebabkan benih tidak tumbuh secara proporsional. Dalam arti kata batang akan tumbuh panjang tapi terlalu kurus karena kekurangan sinar matahari. Keterlambatan penyinaran akan menyebabkan tanaman mengalami kemunduran daya tahan tumbuh. Karena dengan batang yang terlalu panjang akan menyebabkan akar tidak dapat menyangga dengan baik. Ada baiknya tanaman pada periode ini dijemur pada pagi hari sekitar pukul 09.00 WIB sampai 11.00 WIB, lalu dimasukkan ke tempat terlindung setelah pukul 12.00 WIB sehingga benih akan tumbuh segar dan proporsional.
Gambar 2. Proses penyemaian benih ke dalam tampah
14
3. Pembibitan Pada budidaya dengan menggunakan polibag, maka benih cukup dibesarkan dalm tray saja agar dapat mengefisiensikan biaya produksi. Setelah tiga minggu saat benih sudah kuat menopang dirinya sendiri, maka siap dipindahkan ke polibag ukuran 30 cm x 30 cm. umunya benih yang sudah siap dipindahkan memiliki jumlah daun lebih dari enam helai dengan catatan, benih yang baik adalah proporsional tinggi dan diameternya. Jumlah benih yang dipindahkan kedalam polibag adalah 100 benih.
Gambar 3. Pemeliharaan bibit tanaman tomat
4. Persiapan Greenhouse Sebelum greenhouse digunakan sebagai tempat budidaya, terlebih dahulu disterilkan, terutama dari vektor-vektor pembawa penyakit dan hama tanaman. Sebelum dibersihkan, pastikan plastik yang menutupi greenhouse tidak berlubang atau koyak supaya dapat meminimalkan masuknya hama tanaman. Akar kondisi tetap steril, maka harus menggunakan sarung tangan, masker dan baju panjang. Terlebih dahulu greenhouse disapu dan dipel, selanjutnya disemprot menggunakan air hangat untuk membilas kotoran-kotoran yang masih ada lalu disemprotkan cairan disinfektan selama tiga hari berturut-turut untuk memastikan kebersihan ruangan dari kontaminan. Upaya ini harus dilakuakn minimal dua minggu sebelum pindah tanam sekaligus menunggu benih cukup umur untuk dipindahkan. Penyemprotan dengan larutan lysol dilakukan sekitar 15 cm diatas permukaan lantai tanaman agar larutan dari knapsack sprayer dapat tersebar merata. Langkah selanjutnya adalah pembersihan pipa-pipa irigasi tetes agar tidak terjadi penyumbatan akibat pengendapan. Caranya dengan mengalirkan deterjen ke dalam pipa dan dibilas dengan air bersih. Sterilisasi pipa dapat dilakukan dengan mengalirkan asam nitrat konsentrasi 31 liter asam nitrat per 97 liter air, lalu dibiarkan didalam pipa selama tiga jam. Kemudian alirkan larutan keluar pipa dan bilas dengan air bersih. Larutan asam nitrat ini mampu membersihkan endapan-endapan garam mineral dalam pipa lateral, manifold dan emiter sehingga distribusi hara akan lancar. Setelah itu, dilakukan kalibrasi emiter untuk memperoleh waktu yang tepat dalam mengalirkan sejumlah tertentu larutan nutrisi ke polibag. Hal ini penting dilakukan agar tidak terjadi pemborosan nutrisi. Salah satu yang penting adalah pengecekan terhadap sambungan pipa-pipa agar tidak terjadi kebocoran, selain tekanan aliran berkurang, kerja pompa semakin berat juga menyebabkan nutrisi yang harganya relatif mahal akan terbuang percuma, akibatnya efisiensi biaya tidak dapat dilakukan. Untuk itu tahapan ini haruslah dikerjakan secara teliti dan menyeluruh.
15
Gambar 4. Persiapan Greenhouse 5. Persiapan dan Peletakkan Media Tanam Arang sekam dan polibag dipersiapkan, pengisian media dilakukan di dalam greenhouse agar terjaga kebersihanya. Selain kebersihan media tanam, operator harus dalam keadaan steril. Jangan sampai hama tanaman yang ada di tapak kaki atau sol sepatu ikut mengkontaminasi rumah kaca. Polibag yang digunakan adalah ukuran 30 cm x 30 cm dan polibag ini dapat digunakan berulang kali selama tidak rusak. Polibag diatur jaraknya sejauh 60 cm per unit. Selanjutnya dripper stick ditancapkan ke dalam media tanam. Sebelum benih ditanam, maka media tanam disiram dengan hara AB Mix dengan nilai EC 2.5 dan dibiarkan selama 12 jam. Untuk polibag biasanya disiram 1.5 liter-2.0 liter, selain itu juga diberi furadan tiga gram perpolibag. Selanjutnya dripper stick diarahkan dengan ditusuk dari jarak sekitar 3 cm-5 cm langsung ke daerah perakaran.
Gambar 5. Persiapan media tanam 6. Pemeliharaan Pemeliharaan tanaman dilakukan setiap hari dengan menyiram air ke polibag tanaman. Setelah tanaman mulai tumbuh besar sehingga tidak sanggup menopang dirinya sendiri, maka dilakukan pengajiran. Pengajiran dilakukan untuk menopang tanaman dengan tali rami agar tanaman dapat berdiri tegak sesuai jalur polibag. Tali rami digunakan karena sifatnya yang mudah kering, sehingga kemungkinan pembusukan batang dapat dihindari. Setelah tanaman mulai membentuk banyak cabang baru, maka dilakukan pembuangan tunas-tunas yang tidak berguna atau pewiwilan, kegiatan ini dilakukan dua hari sekali. Untuk membantu penyerbukan tanaman, tanaman tomat digoyanggoyang. Kegiatan ini dilakukan dua kali seminggu sejak bunga mekar. Kegiatan tadi dilakukan disamping pemberian hara yang dikontrol berbasis monitoring dengan kamera CCD. Selain itu dilakukan juga pengendalian hama dan penyakit dimana dosis perawatan disesuaikan dengan literatur yang tersedia.
16
7. Pengambilan dan Pengolahan Citra Digital Pengambilan citra tanaman tomat menggunakan kamera digital dilakukan pada setiap tanaman tomat untuk mengamati pertumbuhan tomat yang dilakukan secara manual, yakni dari samping dan dari atas. Pengambilan gambar dilakukan setiap 2 hari dimana jarak pengambilan gambar dari samping adalah 20 cm, 25 cm, 30 cm, 35 cm, 40 cm, 50 cm, 60 cm, 75 cm, 85 cm, 95 cm, 100 cm, 105 cm, 110 cm, 130 cm, 140 cm, 145 cm, 150 cm, 155 cm, 170 cm dan 180 cm. Sedangakan jarak pengambilan dari atas adalah 20 cm, 25 cm, 30 cm, 35 cm, 40 cm, 50 cm, 60 cm, 75 cm, 85 cm, 95 cm, 105 cm, 110 cm, 125 cm, 135 cm, 145 cm, 155 cm, 165 cm, 170 cm, 175 cm, 190 cm dan 195 cm. Tujuanya agar ketika tanaman tumbuh besar, semua bagian tanaman dapat terekam di kamera digital. Sebelum dilakukan pengambilan gambar, bentangkan kain hitam yang digunakan sebagai latar belakang untuk tanaman. Setelah itu pengambilan citra pun segera dilakukan. Tujuan pembentangan kain hitam ini adalah untuk memudahkan pengambilan citra biner atau dengan kata lain, pada program yang akan dibuat akan dilakukan penghapusan warna hitam untuk pengambilan citra dari atas, sehingga citra yang terekam adalah murni citra tanaman tomat. Dari hasil pengambilan citra tanaman, maka akan dilakukan analisis sehingga diperoleh ukuran area tanaman, tinggi dan lebarnya dalam ukuran piksel dari setiap tanaman. Pengambilan citra tanaman dari samping adalah bertujuan untuk menganalisa perkembangan tinggi dan lebarnya, sedangkan pengambilan citra dari atas adalah bertujuan untuk menganalisa perkembangan area setiap tanaman tomat. Gambar hasil pengolahan disimpan dalam format bitmap agar dapat dilihat dalam ukuran sebenarnya atau tidak dikompres. Setelah dilakukan perhitungan, maka dilakukan kalibrasi terhadap jarak-jarak yang sudah ditentukan tadi, tujuanya agar dapat output program komputer yang menganalisis ukuran tanaman sehingga dapat memberikan hasil yang baik. Kalibrasi data dilakukan melalui beberapa prosedur, diantaranya: • Kertas dengan warna hijau berukuran 8.6 cm x 10.2 cm dan dengan menggunakan latar belakang warna hitam, difoto dengan jarak sesuai pengambilan data citra tanaman tomat di lapangan. • Hasil foto kertas dianalisis menggunakan program pengolahan citra tanaman tomat untuk mendapatkan data area, tinggi dan lebarnya (dalam satuan piksel). Data disimpan dalam bentuk format text file (.txt) • Data hasil analisis kertas inilah yang digunakan sebagai faktor kalibrasi terhadap jarak-jarak tertentu pengambilan data citra di lapangan. 8. Monitoring Berbasis Kamera CCD Untuk mengoptimalkan pertumbuhan tanaman tomat, maka pemberian air dan unsur hara harus dikontrol sesuai dengan kebutuhanya. Pada penelitian ini, pemberian air dan unsur hara terhadap tanaman tomat selama pertumbuhan dikontrol berdasarkan pendekatan citra tanaman yang diperoleh dan selanjutnya diproses dengan program pengolahan citra yang telah dibuat. Hasil dari program ini adalah parameter keadaan tanaman (sifat elektro-optik) yaitu warna rata-rata RGB, tinggi, lebar, luas dan parameter citra. Dalam merancang sistem monitoring keadaan tanaman secara real time berkala, maka citra tanaman diambil secara berkala pula terhadap satu tanaman yang dianggap mewakili populasi tanaman tomat dalam greenhouse. Untuk itu dibuat sistem penangkap citra yang terdiri dari kamera CCD dan komputer yang dilengkapi dengan kartu penangkap citra. Setelah sistem penangkap citra dibangun, maka selanjutnya adalah membangun program komputer untuk mengendalikan sistem. Program ini bertanggung jawab dalam pengambilan dan pengolahan citra yang akan dibangun. Program akan mengatur pergerakan kamera CCD, lalu menangkap citra tanaman tomat dan mengolahnya. Hasil pengolahan citra tanaman akan diinterpretasikan sesuai respon tanaman terhadap lingkunganya, lalu output dari program adalah perlunya menjalankan pompa irigasi atau tidak. Pengambilan citra ini dilakukan secara terus menerus sejak tanaman memasuki fase generatif dari pagi hingga sore hari. Saat program sudah berjalan maka kamera CCD akan menangkap citra tanaman dan mengolahnya di computer, dimana pengambilan citra dilakukan setiap 30 menit. Hasilnya berupa informasi kebutuhan air saat itu. Dengan debit pompa yang sudah diketahui, maka jumlah air irigasi yang dialirkan akan sebanding dengan lamanya waktu untuk mengaktifkan pompa. Secara keseluruhan, komputer sebagai pusat pengolah citra dan pusat dari peralatan yang terhubung dengan dikendalikan oleh sebuah program yang akan dibangun, kamera CCD digunakan untuk menangkap citra, pompa dan saluran irigasi yang berfungsi mengalirkan air irigasi dari tangki penampung ke setiap tanaman berdasarkan perintah yang diberikan oleh program komputer. Gambar 6 di bawah ini memperlihatkan skema sistem irigasi otomatis berdasarkan
17
respon tanaman tomat yang ditangkap oleh kamera CCD. Pada saat monitoring, kamera diletakkan sejajar dengan tanaman untuk menangkap citra tanaman tomat. Sedangkan selang waktu pemberian air, jumlah pemberian pupuk dan air juga diatur menggunakan program. Aplikasi nutrisi pada tanaman tomat bergantung pada umur tanaman, sehingga tiap perkembangan tanaman, program harus disusun untuk menyesuaikan waktu nyala pompa.
Gambar 6. Skema fertigasi otomatis berdasarkan citra kamera CCD
Selain dilakukan proses monitoring real time dan analisis perkembangan tanaman tomat menggunakan program pengolahahan citra, pada penelitian ini juga dilakukan proses perbandingan penggunaan nutrisi antara saat masa pertumbuhan dengan irigasi terjadwal menggunakan Timer, dan saat masa perkembangan menggunakan penyiraman otomatis dengan sistem monitoring real time. Penggunaan nutrisi setiap harinya diukur, dengan tujuan untuk mengetahui tingkat penggunaan nutrisi dari populasi tanaman tomat di dalam Greenhouse. Cara yang digunakan untuk megetahui besarnya penggunaan nutrisi dari populasi tanaman tomat adalah dengan mengukur berapa penurunan muka air dalam tangki nutrisi dimulai saat sistem penyiraman dimulai, sampai sistem penyiraman dihentikan pada sore hari. Besarnya penurunan muka air tersebut akan dikalikan dengan luas lingkaran tabung, sehingga didapatlah volume nutrisi yang dihabiskan setiap harinya. Cara yang sama juga dilakukan saat masa penyiraman nutrisi menggunakan kontrol otomatis dengan sistem monitoring real time.
18
